CN107402365B - 一种led光电综合测试仪的校准方法 - Google Patents

一种led光电综合测试仪的校准方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及LED测试领域，特别是LED光电综合测试仪，具体地是一种LED光电综合测试仪的校准方法。该LED光电综合测试仪包括积分球、光电探测器、A/D电路和测试控制系统，其校准方法包括以下步骤：分别测量待校准的LED光电综合测试仪的波长误差、波长重复性、色温误差、光通量误差、光强误差、正向电压误差、正向电流误差、反向电压误差和反向漏电流误差；对待校准的LED光电综合测试仪进行波长校准、色温校准、光通量校准、光强校准、正向电性能校准和反向电性能校准。本发明能够同时校准多种光电测试参数，无需专业的校准工具，校准过程简单，降低了校准成本，减少了校准时间和精力，提高了校准的精准度和效率。

Description

一种LED光电综合测试仪的校准方法
技术领域：
本发明涉及LED测试领域，特别是LED光电综合测试仪，具体地是一种LED光电综合测试仪的校准方法。
背景技术：
LED，是发光二极管的简称，作为半导体二极管的一种，可以把电能转化成光能。每个生产厂家都需要对生产的LED进行光电测试，光电测试是检验LED光电性能的重要而且唯一的手段。目前，对LED的测试主要有人工目测和专用测试装置，人工目测对检测人员的身体素质和经验有所要求，通常工作量大、容易视觉疲劳，从而导致漏检和误判，最终导致效率低等缺点；而专用测试装置配置多、专业性强，其自身性能对测试结果起决定性的影响，因此需要对其定期进行校准。
通常，对LED的光参数(包括光通量、光效、颜色及寿命)的测试，是将LED设置在积分球中，然后用升降温装置对积分球的整个区域进行升降温处理，以使对LED的温度进行精确控制，并在稳定温度条件下通过积分球测试LED灯的相关光参数，例如专利CN105486491A公开了一种LED灯光参数测试装置及测试方法，该测试装置包括积分球、升降温机构与灯座、温度感应器和温控器。现有技术对这些测试装置进行校准，例如专利CN201010253763.9公开了一种发光二极管成品电性参数测试的校准方法，其包括如下步骤：将半自动探针测试机台针座的压力值调至低于10g，并固定每探针台真座的压力值；使用新更换的点测针对机器做校准，得到每台机器的固有亮度真实值直线图，得到了真实值直线图对应的Gain和Offset的值；找到阶段性亮度偏差值；在需要校准的时间点，从本机台的偏差值曲线图上找到对应时间的亮度衰减数值，再在本机台亮度真实值直线图上补偿回来即可；又例如专利CN201510738342.8公开了一种LED芯片测试的多波段校准方法，该方法包括步骤如下：(1)制作标准样片；(2)利用标准机测试所述标准样片得到所述标准样片各波段的波长；(3)利用生产机台测试所述标准样片得到所述标准样片各波段的波长；(4)数据比对采取点对点对应分波段比对；(5)根据所述散点图对各波段修正；(6)对经步骤(5)处理后的散点均以所述校准波段差值中心线为基准，整体随所述校准波段差值中心线纵向移动，以使各波段散点所对应的差值范围为-0.3nm～+0.3nm；(7)按照步骤(3)—步骤(6)的修正方法将所述生产机台与标准机的各波段校准一致；这些校准方法校准过程复杂，且需要使用专业的校准工具，校准成本较高，而且单次只能校准单一参数，需要花费大量的时间和精力。
发明内容：
本发明所要解决的技术问题是针对现有技术校准LED的专用测试装置时存在校准过程复杂、需要花费大量的时间和精力等缺点，提供一种LED光电综合测试仪的校准方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种LED光电综合测试仪的校准方法，所述LED光电综合测试仪包括积分球、光电探测器、A/D电路和测试控制系统，其特征在于：该校准方法包括以下步骤，
步骤1：准备待校准的LED光电综合测试仪；
步骤2：分别测量待校准的LED光电综合测试仪的波长误差△λ、波长重复性δλ、色温误差△T、光通量误差△Ф、光强误差△I、正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
步骤3：根据步骤2中的波长误差△λ和波长重复性δλ对待校准的LED光电综合测试仪进行波长校准，根据步骤2中的色温误差△T、光通量误差△Ф和光强误差△I对待校准的LED光电综合测试仪分别进行色温校准、光通量校准和光强校准，根据步骤2中的正向电压误差△U1和正向电流误差△I1对待校准的LED光电综合测试仪进行正向电性能校准，根据反向电压误差△U2反和反向漏电流误差△I2对待校准的LED光电综合测试仪进行反向电性能校准。
其中，测量波长误差△λ和波长重复性δλ包括以下步骤，
B1：准备波长标准灯，并将其安装于积分球内的灯座上；
B2：在波长标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，所述LED光电综合测试仪采用单光路能量方式工作，对波长标准灯的谱线波长进行单方向重复扫描3次，得到谱线峰值波长；
B3：计算波长误差△λ和波长重复性δλ；
波长误差按公式
Figure BDA0001356877770000021
计算，波长重复性按公式
Figure BDA0001356877770000022
计算，式中λi为各次波长测量值，λ0为相应波长的标准值。
优选地，所述波长标准灯为低压汞灯或氘灯；当波长标准灯为低压汞灯时，在量程0％～100％范围内进行波长扫描，扫描360～700nm波长或单峰扫描指定波长；当波长标准灯为氘灯时，扫描氘灯谱线单峰波长。
其中，测量色温误差△T包括以下步骤，
S1：准备色温标准灯，并将其安装于积分球内的灯座上；
S2：在色温标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，读取所述LED光电综合测试仪的色温示值T；
S3：根据步骤2中的色温示值T计算色温误差△T；
色温误差按公式
Figure BDA0001356877770000031
计算，式中Ti为各次色温示值，T0为相应色温的标准值。
其中，测量光通量误差△Ф包括以下步骤，
G1：准备光通量标准灯，关闭积分球，对所述LED光电综合测试仪进行校零；
G2：将光通量标准灯安装于积分球内的灯座上，将电流源输出电流调到最小，再缓慢将电流上调，调节到标准电流值的80％，预热至少20分钟；
G3：在步骤G2预热结束后，将电流调至光通量标准灯额定值，对该光通量标准灯的光通量进行标定，得到光通量标准值；
G4：在步骤G3标定结束后，依次对其他光通量值标准灯进行测试，记录光通量三次数值；
G5：根据步骤G4记录的光通量数值，计算光通量误差△Ф；
光通量误差按公式
Figure BDA0001356877770000032
计算，式中φi为各次光通量记录值，φ0为光通量标准值。
优选地，在积分球内还设置有辅助灯。
其中，测量光强误差△I包括以下步骤，
Q1：准备光强标准灯，采用直流供电，点燃时逐渐升高电压，在工作电流下进行预热；
Q2：待光强标准灯发光稳定后，测试其光强的标准值，然后移动光强标准灯，改变光强标准灯与光电探测器表面之间的距离，得到不同距离时的光强测量值；
Q3：计算光强误差△I；
光强误差按公式
Figure BDA0001356877770000033
计算，式中Ii为各次光强测量值，I0为光强的标准值。
优选地，所述光强标准灯为真空灯或充气灯；当所述光强标准灯为真空灯时，预热4～6分钟；当所述光强标准灯为充气灯时，预热7～8分钟。
优选地，光强标准灯的灯丝平面与光电探测器2表面之间的距离大于发光体或接收面的最大线度的15倍。
其中，测量正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2包括以下步骤，
Z1：准备恒流源、恒压源、数字万用表和LED；
Z2：将恒流源和LED组成电路，LED的正极与恒流源的正极连接，LED的负极与恒流源的负极连接，调节输出正向工作电流，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测量LED两端的正向电压和正向电流；
Z3：将恒压源和LED组成电路，LED的正极与恒流源的负极连接，LED的负极与恒流源的正极连接，增加恒压源电压，监测流过LED的电流，当电流达到设定的反向漏电流值时，测量此时的电压即为反向电压；根据设定的反向电压调节恒压源，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测出流过LED的反向漏电流；
Z4：根据步骤Z2和Z3的测量结果计算正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
正向电压误差和反向电压误差按公式
Figure BDA0001356877770000041
计算，式中Ui为各次电压测量值，U0为电压设定值；
正向电流误差和反向漏电流误差按公式
Figure BDA0001356877770000042
计算，式中I0i为各次电流测量值，I00为电流设定值。
本发明由于采取了上述技术方案，其具有如下有益效果：
本发明所述的LED光电综合测试仪的校准方法，能够同时校准多种光电测试参数，无需专业的校准工具，校准过程简单，降低了校准成本，减少了校准时间和精力，提高了校准的精准度和效率。
附图说明：
图1为本发明所述的LED光电综合测试仪的结构示意图；
图2为本发明所述的在积分球内设置辅助灯的结构示意图；
图3为本发明所述的恒流源和LED组成的电路示意图；
图4为本发明所述的恒压源和LED组成的电路示意图。
具体实施方式：
以下结合附图对本发明的内容作进一步说明。
在本发明中，光强指发光强度，单位为cd，1cd即1000mcd是指单色光源(频率540×1012Hz，波长0.550μm)的光，在给定方向上(该方向上的辐射强度为(1/683)w/sr))的单位立体角内发出的发光强度；光通量指人眼所能感觉到的辐射功率，它等于单位时间内某一波段的辐射能量和该波段的相对视见率的乘积；色温是表示光源光谱质量最通用的指标，一般用Tc表示，色温是按绝对黑体来定义的，光源的辐射在可见区和绝对黑体的辐射完全相同时，此时黑体的温度就称此光源的色温。
如图1所示，本发明所述的一种LED光电综合测试仪的校准方法，用于校准LED光电综合测试仪的光电测试参数，所述LED光电综合测试仪能够测试LED正反向电流、电压、光源及发光材料的相对光谱功率分布、以及相关色温、波长、光通量、光强等光电参数，所述LED光电综合测试仪包括积分球1、光电探测器2、A/D电路3和测试控制系统4，其特征在于：该校准方法包括以下步骤：
步骤1：准备待校准的LED光电综合测试仪；
在校准时，校准环境也可能会对校准结果产生影响；因此，本发明优选在校准前调节环境温度为18～28℃、相对湿度为50～80％RH，并且保证电源接地良好，以及无影响正常校准的外磁场、周围无强烈振动。
步骤2：分别测量待校准的LED光电综合测试仪的波长误差△λ、波长重复性δλ、色温误差△T、光通量误差△Ф、光强误差△I、正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
其中，测量波长误差△λ和波长重复性δλ包括以下步骤：
B1：准备波长标准灯，并将其安装于积分球1内的灯座上；
在本发明中，所述波长标准灯优选为低压汞灯或氘灯；
B2：在波长标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，所述LED光电综合测试仪采用单光路能量方式工作，对波长标准灯的谱线波长进行单方向重复扫描3次，得到谱线峰值波长；
当波长标准灯为低压汞灯时，取最小带宽(如0.1nm)，采用响应快、扫面速度慢的方式，在量程0％～100％范围内进行波长扫描，扫描360～700nm波长或单峰扫描指定波长；
当波长标准灯为氘灯时，扫描氘灯谱线单峰波长；
在本发明中，对波长标准灯的谱线波长进行单方向重复扫描的次数不限于3次，还可以根据测量要求，扫描更多次数；
B3：计算波长误差△λ和波长重复性δλ；
波长误差按公式
Figure BDA0001356877770000051
计算，波长重复性按公式
Figure BDA0001356877770000052
计算，式中λi为各次波长测量值，λ0为相应波长的标准值；
其中，测量色温误差△T包括以下步骤：
S1：准备色温标准灯，并将其安装于积分球1内的灯座上；
例如，所述色温标准灯可以为A光源：2856K；D65光源6500K；
S2：在色温标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，读取所述LED光电综合测试仪的色温示值T；
S3：根据步骤2中的色温示值T计算色温误差△T；
色温误差按公式
Figure BDA0001356877770000061
计算，式中Ti为各次色温示值，T0为相应色温的标准值；
在本发明中，读取色温示值不限于3次，还可以根据测量要求，读取更多次数；
其中，测量光通量误差△Ф包括以下步骤：
G1：准备光通量标准灯100，关闭积分球1，对所述LED光电综合测试仪进行校零；
关闭积分球1后，可以在测试控制系统4中选择“测试”菜单，选定“光通量标定”，弹出光通量对话框，点击“校零”按钮，所述LED光电综合测试仪进入自动校零位；
G2：将光通量标准灯100安装于积分球1内的灯座上，将电流源输出电流调到最小，再缓慢将电流上调，调节到标准电流值的80％，预热至少20分钟；
如图2所示，为了消除光源自吸收影响，在积分球1内还设置有辅助灯101；
G3：在步骤G2预热结束后，将电流调至光通量标准灯额定值，对该光通量标准灯的光通量进行标定，得到光通量标准值；
这里也可以在测试控制系统4中选择“测试”菜单，选定“光通量标定”，弹出光通量对话框，点击“标定”按钮；
G4：在步骤G3标定结束后，依次对其他光通量值标准灯进行测试，记录光通量三次数值；
在本发明中，记录光通量数值的次数不限于3次，还可以根据测量要求，记录更多次数；
G5：根据步骤G4记录的光通量数值，计算光通量误差△Ф；
光通量误差按公式
Figure BDA0001356877770000062
计算，式中φi为各次光通量记录值，φ0为光通量标准值；
其中，测量光强误差△I包括以下步骤：
Q1：准备光强标准灯，采用直流供电，点燃时逐渐升高电压，在工作电流下进行预热；
在本发明中，所述光强标准灯优选为真空灯或充气灯；
当所述光强标准灯为真空灯时，预热4～6分钟；
当所述光强标准灯为充气灯时，预热7～8分钟；
Q2：待光强标准灯发光稳定后，测试其光强的标准值，然后移动光强标准灯，改变光强标准灯与光电探测器2表面之间的距离，得到不同距离时的光强测量值；
在本发明中，优选光强标准灯的灯丝平面与光电探测器2表面之间的距离大于发光体或接收面的最大线度的15倍。
Q3：计算光强误差△I；
光强误差按公式
Figure BDA0001356877770000071
计算，式中Ii为各次光强测量值，I0为光强的标准值；
在本发明中，测量光强的次数不限于3次，还可以根据实际要求，测量更多次数；
在测量光强误差结束后，将电压逐渐降低，然后关闭直流电源；
其中，测量正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2包括以下步骤：
Z1：准备恒流源300、恒压源400、数字万用表和LED102；
Z2：如图3所示，将恒流源300和LED102组成电路，LED102的正极与恒流源300的正极连接，LED102的负极与恒流源300的负极连接，调节输出正向工作电流，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测量LED102两端的正向电压和正向电流；
Z3：如图4所示，将恒压源400和LED102组成电路，LED102的正极与恒流源300的负极连接，LED102的负极与恒流源300的正极连接，增加恒压源400电压，监测流过LED102的电流，当电流达到设定的反向漏电流值时，测量此时的电压即为反向电压；根据设定的反向电压调节恒压源400，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测出流过LED102的反向漏电流；
Z4：根据步骤Z2和Z3的测量结果计算正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
正向电压误差和反向电压误差按公式
Figure BDA0001356877770000072
计算，式中Ui为各次电压测量值，U0为电压设定值；
正向电流误差和反向漏电流误差按公式
Figure BDA0001356877770000073
计算，式中I0i为各次电流测量值，I00为电流设定值；
在本发明中，电压测量和电流测量的次数均不限于3次，还可以根据实际要求，测量更多次数；
步骤3：根据步骤2中的波长误差△λ和波长重复性δλ对待校准的LED光电综合测试仪进行波长校准，根据步骤2中的色温误差△T、光通量误差△Ф和光强误差△I对待校准的LED光电综合测试仪分别进行色温校准、光通量校准和光强校准，根据步骤2中的正向电压误差△U1和正向电流误差△I1对待校准的LED光电综合测试仪进行正向电性能校准，根据反向电压误差△U2反和反向漏电流误差△I2对待校准的LED光电综合测试仪进行反向电性能校准。

Claims (1)

1.一种LED光电综合测试仪的校准方法，所述LED光电综合测试仪包括积分球、光电探测器、A/D电路和测试控制系统，其特征在于：该校准方法包括以下步骤，
步骤1：准备待校准的LED光电综合测试仪；
步骤2：分别测量待校准的LED光电综合测试仪的波长误差△λ、波长重复性δλ、色温误差△T、光通量误差△Ф、光强误差△I、正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
步骤3：根据步骤2中的波长误差△λ和波长重复性δλ对待校准的LED光电综合测试仪进行波长校准，根据步骤2中的色温误差△T、光通量误差△Ф和光强误差△I对待校准的LED光电综合测试仪分别进行色温校准、光通量校准和光强校准，根据步骤2中的正向电压误差△U1和正向电流误差△I1对待校准的LED光电综合测试仪进行正向电性能校准，根据反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2对待校准的LED光电综合测试仪进行反向电性能校准；
其中，测量光强误差△I包括以下步骤，
Q1：准备光强标准灯，采用直流供电，点燃时逐渐升高电压，在工作电流下进行预热；
Q2：待光强标准灯发光稳定后，测试其光强的标准值，然后移动光强标准灯，改变光强标准灯与光电探测器表面之间的距离，得到不同距离时的光强测量值；
Q3：计算光强误差△I；
光强误差按公式
Figure FDA0002337385750000011
计算，式中Ii为各次光强测量值，I0为光强的标准值；
测量正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2包括以下步骤，
Z1：准备恒流源、恒压源、数字万用表和LED；
Z2：将恒流源和LED组成电路，LED的正极与恒流源的正极连接，LED的负极与恒流源的负极连接，调节输出正向工作电流，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测量LED两端的正向电压和正向电流；
Z3：将恒压源和LED组成电路，LED的正极与恒流源的负极连接，LED的负极与恒流源的正极连接，增加恒压源电压，监测流过LED的电流，当电流达到设定的反向漏电流值时，测量此时的电压即为反向电压；根据设定的反向电压调节恒压源，在满量程内分别取多个测量点，用数字万用表测出流过LED的反向漏电流；
Z4：根据步骤Z2和Z3的测量结果计算正向电压误差△U1、正向电流误差△I1、反向电压误差△U2和反向漏电流误差△I2；
正向电压误差和反向电压误差按公式
Figure FDA0002337385750000021
计算，式中Ui为各次电压测量值，U0为电压设定值；
正向电流误差和反向漏电流误差按公式
Figure FDA0002337385750000022
计算，式中I0i为各次电流测量值，I00为电流设定值；
测量波长误差△λ和波长重复性δλ包括以下步骤，
B1：准备波长标准灯，并将其安装于积分球内的灯座上；
B2：在波长标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，所述LED光电综合测试仪采用单光路能量方式工作，对波长标准灯的谱线波长进行单方向重复扫描3次，得到谱线峰值波长；
B3：计算波长误差△λ和波长重复性δλ；
波长误差按公式
Figure FDA0002337385750000023
计算，波长重复性按公式
Figure FDA0002337385750000024
计算，式中λi为各次波长测量值，λ0为相应波长的标准值；
所述波长标准灯为低压汞灯或氘灯；当波长标准灯为低压汞灯时，在量程0％～100％范围内进行波长扫描，扫描360～700nm波长或单峰扫描指定波长；当波长标准灯为氘灯时，扫描氘灯谱线单峰波长；
测量色温误差△T包括以下步骤，
S1：准备色温标准灯，并将其安装于积分球内的灯座上；
S2：在色温标准灯的额定电压下通电至少20分钟预热，读取所述LED光电综合测试仪的色温示值T；
S3：根据步骤2中的色温示值T计算色温误差△T；
色温误差按公式
Figure FDA0002337385750000025
计算，式中Ti为各次色温示值，T0为相应色温的标准值；
测量光通量误差△Ф包括以下步骤，
G1：准备光通量标准灯，关闭积分球，对所述LED光电综合测试仪进行校零；
G2：将光通量标准灯安装于积分球内的灯座上，将电流源输出电流调到最小，再缓慢将电流上调，调节到标准电流值的80％，预热至少20分钟；
G3：在步骤G2预热结束后，将电流调至光通量标准灯额定值，对该光通量标准灯的光通量进行标定，得到光通量标准值；
G4：在步骤G3标定结束后，依次对其他光通量值标准灯进行测试，记录光通量三次数值；
G5：根据步骤G4记录的光通量数值，计算光通量误差△Ф；
光通量误差按公式
Figure FDA0002337385750000031
计算，式中
Figure FDA0002337385750000032
为各次光通量记录值，
Figure FDA0002337385750000033
为光通量标准值；
在积分球内还设置有辅助灯；
所述光强标准灯为真空灯或充气灯；当所述光强标准灯为真空灯时，预热4～6分钟；当所述光强标准灯为充气灯时，预热7～8分钟；
光强标准灯的灯丝平面与光电探测器2表面之间的距离大于发光体或接收面的最大线度的15倍。
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